Muchas disciplinas se han beneficiado de la tecnología subyacente en los SIG. Este activo mercado se ha traducido en una reducción de costes y mejoras continuas en los componentes de hardware y software de sistemas. Esto ha provocado que el uso de esta tecnología haya sido asimilada por multitud de universidades e instituciones de diversa índole.
Un claro ejemplo es el proyecto IDEE (Infraestructura de Datos Espaciales de España) impulsado por el Ministerio de Fomento de España. Su objetivo es integrar a través de Internet los datos, metadatos, servicios e información geográfica que se producen en España, facilitando a todos los usuarios la localización, identificación, selección y acceso a dichos recursos a través del portal www.idee.es.
A nivel europeo, existe el proyecto INSPIRE (Infrastructure for Spatial Information in Europe), iniciativa de la Comisión Europea cuyo objetivo es la creación de una
Infraestructura de Datos Espaciales en Europa. Inspire ha sido desarrollada con el propósito de hacer disponible información geográfica, relevante y de calidad de la Comunidad Europea. INSPIRE es el primer paso de una amplia iniciativa multilateral que inicialmente dirigirá su interés sobre la información espacial necesaria para políticas medioambientales y que estará disponible para satisfacer las necesidades prácticas de otras áreas, tales como la agricultura y el transporte.
Multitud de organizaciones se han creado respecto a esta tecnología. Aquí en España existen los Centros Cartográficos de España, establecidos tanto a nivel nacional como a nivel autonómico. A nivel nacional citamos por ejemplo el Instituto Geológico y Minero de España dirigido por el Ministerio de Educación y Ciencia, o el Centro Nacional de Información Geográfica del Ministerio de Fomento.
3 Ver apartado 6.3.1 sobre estándares OGC
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A nivel autonómico, podemos citar el Servicio de Información Territorial de Las Islas Baleares S.A. (sitibsa) dirigido por la C.A. de las Islas Baleares, o el Institut Cartogràfic de Catalunya, de la C.A. de Cataluña.
A nivel internacional se ha creado la OGC, descrita a continuación.
6.3.1 OGC (Open Geospatial Consortium)
La organización Open Geospatial Consortium (http://www.opengeospatial.org/) fue creado en 1994 y agrupa a 372 organizaciones públicas y privadas. Su fin es la definición de estándares abiertos e interoperables dentro de los SIG y de la World Wide Web (www) y persigue acuerdos entre las diferentes empresas del sector que posibiliten la interoperación de sus sistemas de geoprocesamiento y facilitar el intercambio de la información geográfica en beneficio de los usuarios.
Las especificaciones más importantes y representativas surgidas del OGC son las enumeradas a continuación.
✔ GML. Lenguaje de Marcado Geográfico
✔ KML. Keyhole Markup Language, lenguaje de marcado basado en XML para representar datos geográficos en tres dimensiones.
✔ WFS. Web Feature Service, servicio de entidades vectoriales que proporciona la información relativa a la entidad almacenada en una capa vectorial que reúnen las características formuladas en la consulta.
✔ WMS. Web Map Service, servicio de mapas en la web que produce mapas en formato imagen a la demanda para ser visualizados por un navegador web. ✔ WCS. Web Coverage Service.
✔ CSW. Web Catalogue Service.
El servicio Web Map Service (WMS) produce mapas de datos referenciados espacialmente de forma dinámica a partir de información geográfica. Este estándar internacional define un mapa como una representación de la información geográfica en forma de un archivo digital. Los mapas producidos se generan normalmente en un formato de imagen como PNG, GIF o JPEG, y opcionalmente como gráficos vectoriales en formato SVG o WebCGM.
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Por otro lado, WFS es un servicio estándar que ofrece un interfaz de comunicación que permite interactuar con los mapas servidos por WMS, como por ejemplo editar o analizar la imagen ofrecida por WMS. Para realizar estas operaciones se utiliza el lenguaje GML, estándar a través del cual se transmiten las órdenes WFS.
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7 ¿Qué es la cartografía?
Este apartado trata algunos aspectos básicos relacionados con la cartografía. Se define el término de cartografía, así como conceptos básicos como los sistemas de coordenadas y las proyecciones. Este apartado constituye junto al anterior, la base teórica sobre la que se apoya el proyecto.
7.1 Descripción
Se considera Cartografía4
como la ciencia que se encarga del estudio y de la elaboración de los mapas geográficos y territoriales, entre otros. A grandes rasgos, se trata de implementar una representación de la Tierra sobre una superficie plana llamada mapa. De manera simple, un mapa es la representación del mundo real reducido a puntos, líneas y polígonos mediante el uso de símbolos gráficos.
Al tener la Tierra una forma esférica se debe utilizar un sistema de proyecciones para poder representar una superficie esférica a una superficie plana5
.
7.2 Escala de un mapa
Un factor esencial a la hora de elaborar mapas es la escala a utilizar, que consiste en la proporción entre los elementos representados en un mapa y la realidad. El tamaño final del mapa, así como la precisión en la representación de los elementos dependen de la selección de una escala apropiada.
En cartografía, la escala de un mapa es la relación constante entre una distancia medida sobre un mapa o plano y la distancia correspondiente medida sobre el terreno representado. Normalmente, se expresa la escala como una fracción o una proporción, por ejemplo 1/10000 o 1:10000. Esta representación en forma de fracción de la escala significa que una unidad de medida en el mapa, por ejemplo, 1 cm, representa 10000 cm (100 m) en el terreno. Como el rango de escala es un cociente, es válida en cualquiera de las unidades en las que se expresan los elementos de la fracción, siempre y cuando ambos elementos utilicen la misma unidad.
4 Definición obtenida de la Wikipedia: http://es.wikipedia.org/wiki/ Cartografía
5 Más información sobre sistemas de proyecciones en el apartado 7.4
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Cuanto más grande es una escala, más pequeño es el denominador de la fracción. Los mapas de escalas grandes, en general suelen mostrar más detalle que los mapas de escalas pequeñas puesto que en una escala grande hay más espacio en el mapa para mostrar entidades. Los mapas de escalas pequeñas muestran menos detalle que los mapas de escala grande pero recubren porciones de terreno más grande. Éstos no suelen ser suficientes para mostrar todos los detalles disponibles. Por ejemplo, en un mapa de una escala pequeña, una ciudad deberá representarse como un punto, mientras que en un mapa de escala grande puede llegar a distinguirse hasta el nivel de las calles que lo componen.
7.2.1 Selección de la escala
Una misma área puede cartografiarse a diferentes escalas. La selección de la escala depende de la finalidad del mapa y determina el grado de detalle de los elementos representados, así como su resolución y precisión.
Grado de detalle del mapa
El nivel de detalle de un mapa hace referencia a la cantidad de información geográfica que se representa en él. El proceso de simplificación de las entidades en los mapas de escala pequeña se conoce como generalización, de manera que entidades como ríos y carreteras se representan para líneas simples. Cuando se generalizan entidades, se reduce el nivel de detalle para evitar aglomeraciones en el mapa, aunque se mantienen la forma genérica y la posición.
Resolución del mapa
Se define como la medida de la entidad más pequeña que se puede representar en la superficie. Puede considerarse como la capacidad para distinguir entre objetos separados próximos entre sí.
Precisión del mapa
La precisión depende los datos geográficos utilizados para generar el mapa, con qué precisión se han transferido los datos originales al mapa.
Cuanto más pequeña es la escala de un mapa, una unidad de distancia representa una distancia más grande sobre el terreno. De esta manera, si una de las entidades
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mostradas en un mapa de escala muy pequeña se aleja tan sólo un milímetro de su posición real, la imprecisión de la medida sobre el terreno es enorme.
7.3 Sistemas de coordenadas
Un sistema de coordenadas es una creación artificial para permitir la definición analítica de la posición de un objeto o fenómeno. Se trata de un conjunto de valores y puntos que permiten definir unívocamente la posición de cualquier punto de un espacio n-dimensional. Desde un punto de vista puramente matemático, todos los sistemas de coordenadas son admisibles y el único motivo para seleccionar uno u otro es la conveniencia que permite cada uno de ellos.
Los sistemas de coordenadas más utilizados para representar la superficie de la Tierra son el sistema de coordenadas geográficas, el sistema de coordenadas cartesiano y el sistema de coordenadas proyectadas. Para el proyecto se extraen los datos de OpenStreetMap, que utiliza el sistema de coordenadas geográfico. Es el que se expone a continuación.
7.3.1 Coordenadas geográficas
El sistema de coordenadas geográfico utiliza una superficie esférica tridimensional para definir las localizaciones sobre la superficie terrestre. En otras palabras, se usa para definir puntos sobre una superficie esférica. En este sistema, cualquier punto sobre la superficie terrestre se determina con dos ángulos medidos desde el centro de la Tierra, conocidos como latitud y longitud.
La latitud mide el ángulo entre cualquier punto y el ecuador. Las líneas de latitud se llaman paralelos al ecuador en la superficie de la Tierra. El concepto de latitud tiene las siguientes características.
✔ La latitud se expresa en grados sexagesimales.
✔ Todos los puntos ubicados sobre el mismo paralelo tienen la misma latitud. ✔ Aquellos que se encuentran al norte del Ecuador reciben la denominación Norte
(N) y los demás denominación Sur (S). ✔ Se mide de 0º a 90º.
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✔ Al Ecuador le corresponde la latitud de 0º.
✔ Los polos Norte y Sur tienen latitud 90ºN y 90ºS respectivamente.
La longitud mide el ángulo a lo largo del ecuador desde cualquier punto de la Tierra. Se considera el suburbio de Greenwich como longitud 0. Las líneas de longitud son círculos máximos que pasan por los polos y se llaman meridianos. El concepto de longitud tiene las siguientes características.
✔ Todos los puntos ubicados sobre el mismo meridiano tienen la misma latitud. ✔ Aquellos que se encuentran al este del meridiano principal será positivo y al
oeste será negativo.
✔ Se mide de -180º a +180º.
✔ Al meridiano de Greenwich le corresponde la longitud 0º.
Combinando estos dos ángulos, se puede expresar la posición de cualquier punto de la Tierra. El ecuador es un elemento importante de este sistema de coordenadas, pues representa el cero de los ángulos de latitud y el punto medio entre los polos. Es el plano fundamental del sistema de coordenadas geográficas.
7.3.2 Sistema de coordenadas UTM
El Sistema de Coordenadas Universal Transversal de Mercator (UTM) es un sistema de coordenadas basado en la proyección cartográfica transversa de Mercator, que se construye como la proyección de Mercator normal, pero en vez de hacerlo por la tangente al Ecuador, se la hace tangente a un meridiano. A diferencia del sistema de coordenadas geográficas, las magnitudes en el sistema UTM se expresan en metros únicamente al nivel del mar que es la base de la proyección del elipsoide de referencia.
La proyección de Mercator es una proyección cilíndrica y por tanto, resulta de la proyección de una esfera (la Tierra) en un cilindro tangente a un meridiano central, en particular al ecuador de la Tierra. Cualquier proyección transversal de Mercator generada a partir de un meridiano como línea de tangencia es útil tan sólo cerca del meridiano seleccionado. El sistema UTM permite cartografiar no sólo las zonas
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cercanas al ecuador o las zonas cercanas a un único meridiano de tangencia, sino cualquier zona de la Tierra. Para poder llegar a esto, se definen sesenta proyecciones estándar diferentes, de manera que cada una es una proyección transversal Mercator con un meridiano diferente como línea de tangencia. Cada huso tiene seis grados de amplitud y están numerador de oeste a este. Cada huso tiene su propio meridiano central y se divide por el ecuador en dos mitades: norte y sud. Se definen como origen de coordenadas de cada huso la intersección entre su meridiano central y el ecuador.
Para cartografiar cualquier punto sobre la Tierra en el sistema UTM, se selecciona la línea central del huso UTM más cercano al punto y se utiliza la proyección cilíndrica de dicho huso. Para eliminar coordenadas negativas, el sistema de coordenadas modifica el valor de las coordenadas en el origen con los valores de falso este y falso norte6
. El valor asignado al meridiano central es el falso este y el valor asignado al ecuador es el falso norte.
En coordenadas UTM una posición se define por tres elementos: el huso en el que se encuentra, las coordenadas E (eje horizontal) y N (eje vertical), y el hemisferio en el que se encuentra. Para indicar nuestra posición, es necesario conocer el huso en el que estamos.
7.4 Proyecciones
Para representar la totalidad de la superficie terrestre sin ningún tipo de distorsión, un mapa debe tener una superficie esférica como la de un globo terráqueo. Un mapa plano no puede representar con exactitud la superficie redondeada de la Tierra, excepto en áreas muy pequeñas en las que la curvatura es despreciable. Para mostrar grandes porciones de la superficie, la superficie esférica de la Tierra debe transformarse en una superficie plana. El sistema de transformación es lo que se conoce como proyección cartográfica. Cuando una superficie esférica se transfiere a un plano modifica su geografía y la distorsiona, pero existen muchas transformaciones que mantienen una o varias de las propiedades geométricas del globo.
6 Falso este y falso norte son dos de los parámetros utilizados para definir una proyección. El conjunto de los parámetros se define en el apartado de proyecciones
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Dependiendo de la extensión y ubicación de la zona a representar, el cartógrafo elegirá un tipo de proyección teniendo en cuenta las características geométricas que cada uno de ellos conserva y las que no, así como los efectos que su uso tendrá en la representación de los ángulos, áreas, distancias y direcciones de la superficie a cartografiar.
No hay ninguna proyección que no tenga algún error de deformación, llamado distorsión. Como es imposible conservar todas las propiedades a la vez, hay que decidir qué tipo de mapa se pretende realizar, ya que cada proyección puede conserva alguna de sus propiedades geométricas. A pesar de todos los problemas relativos a la distorsión, todas las proyecciones mantienen una característica importante: la exactitud del posicionamiento.
La clasificación de las proyecciones es compleja, pues hay diferentes criterios. A continuación se expone un listado.
Clasificación según las propiedades geométricas
✔ Proyecciones conformes
✔ Proyecciones equivalentes o de igual área ✔ Proyecciones equidistantes
✔ Proyecciones acimutales, cenitales o de dirección verdadera ✔ Proyecciones de compromiso
Clasificación según la superficie de la que derivan
✔ Proyecciones cónicas ✔ Proyecciones cilíndricas
✔ Proyecciones planas o acimutales
La gran diversificación de proyecciones se debe al hecho que se definen de manera que minimicen la distorsión dentro de un área determinada. Elegir una proyección centrada en el lugar que se pretende cartografiar nos asegura la mínima distorsión para aquella zona. Por otro lado, cada proyección tiene un conjunto de parámetros que la definen. Se expone un listado de los parámetros más comunes.
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✔ Falso este y falso norte, valor lineal arbitrario que se aplica al origen de las coordenadas X,Y respectivamente, para asegurar que todos los valores en X,Y sea positivos.
✔ Meridiano central o longitud origen, define el origen de coordenadas X. ✔ Paralelo central o latitud origen, define el origen de coordenadas Y.
✔ Paralelo estándar 1 y paralelo estándar 2, definen las líneas de latitud donde la escala tiene valor 1,0.
✔ Factor de escala, valor sin unidades asociadas que se aplica al punto o línea central de una proyección. El factor de escala recude la distorsión total de la proyección en el área de interés.
La selección de una proyección u otra depende del propósito para el cual se crea un mapa. Para mapas de carreteras nos interesa que se mantengan las distancias (equidistantes) y en los mapas temáticos es importante que se conserve la medida (equivalentes) y la forma (conformes) de las regiones cartografiadas.
Otros aspectos a tener en cuenta para seleccionar la mejor proyección son la extensión y la localización del área. En referencia a la extensión, cuanto más grande sea el área, más importancia tiene la curvatura de la Tierra y, por tanto, más grande es la distorsión de ciertas propiedades. En relación a la localización, para latitudes bajas (regiones ecuatoriales y tropicales) se utilizan proyecciones cilíndricas; para latitudes medianas se usan proyecciones cónicas, mientras que para regiones polares se usan proyecciones planas. Implícito en esta regla está el hecho de que estas zonas se proyectan en las áreas en que cada proyección tiene la menor distorsión.
✔ Las proyecciones cilíndricas no tienen distorsión en el ecuador. Ésta se incrementa a medida que nos acercamos a los polos.
✔ Las proyecciones cónicas no tienen distorsión a lo largo de algún paralelo entre el ecuador y el polo. La distorsión aumenta a medida que nos alejamos de este paralelo estándar.
✔ Las proyecciones acimutales tan sólo no tienen distorsión en su punto central. Las mayores distorsiones se dan en los extremos del mapa.
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8 OpenStreetMap
El punto inicial del proyecto consiste en obtener datos cartográficos de Palma de Mallorca en un formato tal que facilite su posterior tratamiento. Para que esto sea posible, utilizamos OpenStreetMap, que contiene herramientas suficientes para poder obtener dicha información. En este apartado se explica en qué consiste, así como el formato de datos que implementa y el proceso mediante el cual se obtienen estos datos.
8.1 Descripción
OpenStreetMap es un proyecto dirigido expresamente a crear y ofrecer datos geográficos libres, como por ejemplo planos de calles. Básicamente, se trata de la creación de mapas libres y editables. Normalmente, los usuarios suelen subir sus coordenadas desde el GPS para crear localizaciones nuevas o para corregir datos vectoriales ya existentes.
El proyecto comenzó debido a que muchos mapas tienen en realidad restricciones legales o técnicas para su uso, lo cual evita que cualquier persona los pueda utilizar a su libre elección de forma creativa o productiva. Las licencias de uso no permiten corregir errores, añadir nuevos datos o emplear esos mapas de determinados modos sin pagar por ellos.
OpenStreetMap se fundó en el año 2006 y se inscribe en el registro de Inglaterra y Gales de esta manera.
La fundación OpenStreetMap es una organización internacional no lucrativa dedicada a fomentar el crecimiento, desarrollo y distribución de datos geoespaciales libres y a proveer datos geoespaciales a cualquiera para usar y compartir.
Se trata de un proyecto con bastante impacto a nivel mundial. Cada día se añaden 25.000 km nuevos de carreteras y caminos, con un total de casi 34.000.000 km viales. A todo esto hay que añadirle otro tipo de datos, como puntos de interés,
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instituciones, etc. El tamaño de la base de datos planet.osm ha superado ya los 160 GB, con un incremento diario de aproximadamente 10 MB.